燃气表基表用物联网外挂模块的制作方法

1.本实用新型涉及燃气表技术领域，更具体涉及一种燃气表基表用物联网外挂模块。


背景技术：

2.随着科学技术的快速发展，物联网燃气表的功能和通讯技术更新和替代更加快速，人们日常做饭用的燃料已经从木柴、煤等资源浪费严重和污染严重的常规能源转变为使用天然气和煤气，甚至是电等清洁能源了。为了改善环境，国家开始推行节能减排政策，大范围地铺设天然气管网，越来越多的家庭用上了天然气，随之而来的就是气表抄表和缴费等问题。并且燃气表基表使用寿命都超过10年，每一次技术性升级，都需要对燃气表基表进行维护，若将燃气表基表全部换掉，会造成资源的浪费。考虑到燃气公司需要降本增效，需要研发一种燃气表基表用物联网外挂模块。
3.并且，目前的燃气表通常具备燃气泄露检测的功能，但是若检测燃气是否泄露的安检模块出现故障时，用户将无法获知燃气表的真实运行状况，存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

4.本实用新型需要解决的技术问题是提供一种燃气表基表用物联网外挂模块，以解决背景技术中的问题，既能够实现智能燃气表的功能，也能够避免对燃气表基表进行整体更换，简单高效，降低升级及维修成本，并且保证燃气表运行的安全性。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
6.燃气表基表用物联网外挂模块，包括外挂模块本体，外挂模块本体上设置有与燃气表基表上的外挂模块本体嵌装于机械计量模块上；所述外挂模块本体的内部设置有微处理器、计量处理单元、电源、阀门、用于控制阀门通断的阀门控制单元以及用于对外挂模块本体异常状况进行检测的异常检测单元，微处理器通过通讯单元交互连接有主站，微处理器分别与计量处理单元和阀门控制单元交互连接，异常检测单元的输出端连接于微处理器的输入端；所述异常检测单元包括用于防止用户将表具从管道上拆除改装的3d防拆检测模块、用于检测表具安全信息并将检测信息反馈至微处理器的安检模块以及用于在表具长期未安检时将表具信息反馈至微处理器并通过微处理器控制阀门关闭的未安检关阀模块，3d防拆检测模块、安检模块以及未安检关阀模块的输出端分别连接于微处理器的输入端。
7.进一步优化技术方案，所述3d防拆检测模块为3d加速度传感器，3d加速度传感器的输出端连接于微处理器的输入端。
8.进一步优化技术方案，所述异常检测单元还包括强磁场检测模块，强磁场检测模块的输出端连接于微处理器的输入端。
9.进一步优化技术方案，所述微处理器的输出端连接有液晶显示屏。
10.进一步优化技术方案，所述通讯单元包括物联网sim卡、通讯模组和通讯电路。
11.进一步优化技术方案，所述外挂模块本体的内部还设置有人机交互单元，人机交
互单元包括液晶屏显示和按键。
12.由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。
13.本实用新型模块化物联网燃气表分体可拆卸式设计：基表与外挂物联网模块可自由拆分，燃气表基表寿命将不止10年，考虑到智能模块寿命往往达不到基表的寿命，而本实用新型可保证智能模块在损坏和需要升级的情况下快速更换智能模块，降低修缮及升级成本。售后维护方便：当智能部分出现故障时、当模块寿命到期时，只需要更换模块即可完成维护；而且具有机械和电子防盗设计，避免用户恶意破坏，一旦触发防盗开关，即可实现上报。
14.本实用新型既实现了智能燃气表的功能，也避免对燃气表基表进行整体更换，简单高效，并降低了升级及维修成本。
15.本实用新型实现了可燃气计量数据采集与处理，阀门控制功能；通过通讯单元与主站通讯并执行主站下发指令，具有人机交互功能；附加装置实现对计量数据处理、存储、分析，尤其是可以通过计量处理单元进行流量判断是否存在泄漏。
16.本实用新型未安检关阀模块在表具长期未安检时将表具信息反馈至微处理器，并通过微处理器控制阀门关闭，进而在计量处理单元或安检模块发生故障时，用户仍然能够获知燃气表的真实运行状况，保证燃气表运行的安全性。长期未安检关阀功能：表内设置时钟，周期性判断是否已安检，已发放电子安检标志则通过，否则到时间关阀上报。
附图说明
17.图1为本实用新型的电路原理图；
18.图2为本实用新型的电路图。
19.其中：1、微处理器，2、阀门控制单元，21、阀门，22、阀门驱动电路，3、计量处理单元，31、计数器，32、计量信号处理单元，4、主站，5、通讯单元，6、异常检测单元，7、人机交互单元，71、显示屏，72、按键，8、电源，9、安全逻辑功能单元。
具体实施方式
20.下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
21.燃气表基表用物联网外挂模块，结合图1至图2所示，包括外挂模块本体，外挂模块本体上设置有与燃气表基表上的外挂模块本体嵌装于机械计量模块上，机械计量模块的具体结构为现有常规结构。
22.外挂模块本体的内部设置有微处理器1、计量处理单元3、电源8、阀门21、阀门控制单元2、异常检测单元6、人机交互单元7、安全逻辑功能单元9。
23.阀门控制单元2用于控制阀门通断。阀门控制单元2包括阀门驱动电路22，可接收微处理器1下发的指令，进行关闭和打开阀门。
24.微处理器1通过通讯单元5交互连接有主站4，微处理器1分别与计量处理单元3和阀门控制单元2交互连接，异常检测单元6的输出端连接于微处理器1的输入端。微处理器，可以对其他功能单元输入的信号进行处理，并下发信号给对应的功能单元。
25.计量处理单元，包括计量信号处理单元32和计数器31，可将外部机械计数器触发信号给到计量信号处理单元，进一步给到微处理器做算法处理。
26.电源，为微处理器提供能量，继而控制其他功能单元。
27.通讯单元5包括物联网sim卡、通讯模组和通讯电路，可实现与微处理器和主站之间的通讯互相交互功能。通讯模组采用的是nb-iot通讯模组。
28.异常检测单元6，用于对外挂模块本体异常状况进行检测，通过有线或者无线的方式与外部燃气检测器连接，接收信号，然后将信号处理转发给微处理器进行判断。异常检测单元6包括3d防拆检测模块、安检模块、未安检关阀模块。
29.3d防拆检测模块用于防止用户将表具从管道上拆除改装，3d防拆检测模块的输出端连接于微处理器1的输入端。3d防拆检测模块为3d加速度传感器，3d加速度传感器的输出端连接于微处理器1的输入端。
30.主控板内置3d加速度传感器(可检测x轴、y轴、z轴三个方向的偏移角度)，当燃气表开户使用后，3d加速度传感器检测的3个轴向的角度作为初始角度，当3个轴向的角度出现偏移并超过微处理器内预设的角度值时，主控板驱动阀门关闭，并将故障状态通过nb-iot模组将报警信号发送到后台服务器。
31.安检模块用于检测表具安全信息并将检测信息反馈至微处理器1。
32.本实用新型通过安检模块实现安检功能的方式如下：主控板内设时钟计量，可周期性通过内置nb-iot模组与后台服务器同步时钟，表内置3-4锂电池，给主控板的时钟计量提供电源；主控板内置时钟晶振，确保了时钟的精确计时；微处理器内设安检周期，当到达安检周期时，主控板驱动阀门关闭，同时在微处理器内生成一个电子安检标志，当燃气表及相关燃气设备安检后，维修人员使用专用的红外手持机对表端的3-16红外接口输入电子安检改写命令，将微处理器内电子安检标志重置，阀门可恢复开启状态。
33.未安检关阀模块用于在表具长期未安检时将表具信息反馈至微处理器1，并通过微处理器1控制阀门关闭，安检模块以及未安检关阀模块的输出端分别连接于微处理器1的输入端。
34.异常检测单元6还包括强磁场检测模块，强磁场检测模块的输出端连接于微处理器1的输入端。
35.本实用新型实现脉冲采样和强磁场检测的方式为：将外挂模块设置在燃气表基表的计数器面盖下方，燃气表基表计数器的下方设有脉冲接口，脉冲接口内部的计数器头轮上设有固定的磁钢，该磁钢与霍尔采样印制电路板上的2颗霍尔元件通过磁场感应实现脉冲信号的顺序触发及脉冲采样，经过主印制电路板的计算和数据处理后，通过主印制电路板内设置的nb-iot模组的通讯功能，将数据定期上传；当霍尔采样印制电路板上的2颗霍尔元件同时出发采样时，微处理器判断为强磁场检测，此时驱动阀门关闭，同时将故障信息发送到后台服务器。
36.微处理器1的输出端连接有液晶显示屏。
37.安全逻辑功能单元，通过可信赖平台模块tpm、可信执行环境tee等技术实现硬件级高强度加密和隔离，实现数据的加密存储和传输，具备信息交换安全认证功能。
38.外挂模块本体的内部还设置有人机交互单元7，人机交互单元7包括显示屏71和按键72，可通过按键发出信号给微处理器，微处理器通过显示屏显示信息来达到人机交互的目的。
39.本实用新型具备以下功能：
40.1)本实用新型模块化物联网燃气表基表下方预留专用外挂模块接口，通过接口可实现具体的模块免拆更换：具备使用便捷，扩展性强，适应性强的特点，无需更换主控线路板，直接插拔更换模块，即可实现智能部分升级；
41.自由切换模组：可根据使用场景随时更换多样模组；可更换模组多样gprs/nb-iot/lorawannb-10t模组又可分为中国电信、中国移动中国联通等不同模组，可根据使用场景随时更换。
42.2)基表升级物联网：在带阀基表基础上，增加nb物联网模块即可实现定时抄表，远程阀控，预付费等功能。
43.3)nb物联网 3d防拆，防倾斜功能：支持3d传感器技术可实时监控表具状态，防止用户将表具从管道上拆除改装。当燃气管道拆除整表时，3d传感器将检测到，表具可自动关阀，同时会将拆表、倾斜的故障信息主动上报业务系统。
44.4)nb智能模块预留蓝牙芯片：可跟蓝牙报警器联动，实现燃气泄露无线报警功能。
45.5)防外部强磁干扰：当检测到有外部强磁场干扰时，表具会自动关阀，且主动上报该异常信息至后台系统。
46.近端红外通信模块：能够与外部红外设备进行通信，用户可通过手持红外设备进行购气，查看余额等操作，使用方便。
47.泄漏关阀报警：可通过有线或蓝牙外接燃气泄漏报警器，进行信号接收，判断是否关阀上报异常信息。
48.长期未安检关阀功能：表内设置时钟，周期性判断是否已安检，已发放电子安检标志则通过，否则到时间关阀上报。
49.本实用新型模块化物联网燃气表分体可拆卸式设计：基表与外挂物联网模块可自由拆分，燃气表基表寿命将不止10年，考虑到智能模块寿命往往达不到基表的寿命，而本实用新型可保证智能模块在损坏和需要升级的情况下快速更换智能模块，降低修缮及升级成本。售后维护方便：当智能部分出现故障时、当模块寿命到期时，只需要更换模块即可完成维护；而且具有机械和电子防盗设计，避免用户恶意破坏，一旦触发防盗开关，即可实现上报。
50.功能多样性：本新型模块化燃气表可具备以下多样功能：定时抄表、远程阀控、预付费、后付费、nb物联网表 3d防拆、防倾斜、蓝牙燃气报警、近端红外通信模块等功能。
51.使用环境多样性：可扩展的物联网模块，安装区域其中一个运行商信号不好，可换成另外一个运营商，支持可升级(nb-iot，gprs，lora-等物联网表)。在n年后，根据基站情况可更换nb模组或其他emtc或4g模组，可以在后续的时间维护(10年)中根据nb、emtc、4g的网络运行情况和芯片成本，自由选择。